CN108848847A - 车载式变量配肥灌溉施肥系统及滴灌施肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载式变量配肥灌溉施肥系统及滴灌施肥方法，包括货柜车，所述货柜车的车厢内设置有粉剂原料下料系统，位于粉剂原料下料系统的下方设置有用于粉剂称重的移动式称重系统，所述移动式称重系统的下方设置有固液混合配料系统，所述固液混合配料系统设置有用于与移动式称重系统相连接的粉剂入口以及用于与水源相连接的液体入口，固液混合配料系统的混合物出口上并联有液体下料系统，固液混合配料系统的混合物出口上还设置有快速接头，所述货柜车内还设置有分别与粉剂原料下料系统、移动式称重系统、固液混合配料系统及液体下料系统相连接的中控系统。该施肥系统结构紧凑，能够有效节约灌溉施肥的投入成本，提高施肥效率，同时滴灌施肥方法简便。

Description

车载式变量配肥灌溉施肥系统及滴灌施肥方法

技术领域

本发明涉及一种车载式变量配肥灌溉施肥系统及滴灌施肥方法。

背景技术

水肥一体化技术是指借助压力系统或者地形自然落差，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统定时、定量供水、供肥，还可节约劳力的新技术。目前，水肥一体化主要模式有两种。一是重力式水肥一体化，利用地形特点依山修建蓄水池、混肥池，不需要额外动力可实现灌溉施肥，使用成本低。但是其修建成本大、水池清洗难、自动化程度低。二是泵加压式水肥一体化，可以突破地形限制，自下而上灌溉施肥。但是需要动力支持，使用成本高，修建成本大，不可移动。

同时，我国水肥一体化设备工程发展还存在不少障碍。如节水灌溉工程建设虽然大规模开展，但很多没有真正实现水肥一体化；先进灌溉施肥设备投资较大，农民承担不起；在建工程普遍存在设计不科学、设备配置不合理现象；已建工程使用效率低，肥料使用不当，过滤系统负担重，失修报废现象严重；农民认识不够，管理不善，不能按照操作规程操作，出现滴头被堵塞；智能型首部枢纽一般建立在一个固定地点，投资成本高，大部分农民使用不到等问题。因此，需要一种可移动的、能够实现变量配肥施肥的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车载式变量配肥灌溉施肥系统，该施肥系统结构紧凑，能够有效节约灌溉施肥的投入成本，提高施肥效率，同时滴灌施肥方法简便。

本发明的技术方案在于：一种车载式变量配肥灌溉施肥系统，包括货柜车，所述货柜车的车厢内设置有粉剂原料下料系统，位于粉剂原料下料系统的下方设置有用于粉剂称重的移动式称重系统，所述移动式称重系统的下方设置有固液混合配料系统，所述固液混合配料系统设置有用于与移动式称重系统相连接的粉剂入口以及用于与水源相连接的液体入口，固液混合配料系统的混合物出口上并联有液体下料系统，固液混合配料系统的混合物出口上还设置有快速接头，所述货柜车内还设置有分别与粉剂原料下料系统、移动式称重系统、固液混合配料系统及液体下料系统相连接的中控系统。

进一步地，所述货柜车的车厢内还设置有用于为各个系统供电的电源系统，所述中控系统上连接有动态显示系统及ID卡识别器。

进一步地，所述粉剂原料下料系统包括设置于货柜车的车厢上部并沿横向间隔设置的4个粉剂仓，所述粉剂仓的上部设置有进料口，粉剂仓的下部设置有下料口，所述下料口上设置有星型卸料阀。

进一步地，所述粉剂仓的顶部还设置有用于检测粉剂物料储量的超声波测距仪。

进一步地，所述移动式称重系统包括横向设置于粉剂原料下料系统下方的齿轮导轨，所述齿轮导轨上设置有由驱动机构驱动实现横向移动的称重罐，齿轮导轨的两端分别设置有与车厢相连接的称重模块，所述称重罐的下端设置有与固液混合配料系统相连接的出料口。

进一步地，所述驱动机构包括设置于称重罐上的步进电机，所述步进电机的输出端连接有与齿轮导轨相配合的齿轮，所述齿轮导轨的两侧部还分别设置有用于定位称重罐的红外装置。

进一步地，所述固液混合配料系统包括固液混合装置，所述粉剂入口设置于固液混合装置的上部，所述粉剂入口上设置有与移动式称重系统相连接的管道，所述管道上设置有蝶阀，所述液体入口设置于固液混合装置的下部并连接有进水管，所述进水管上依次设置有第一流量计数器、第一电磁阀及过滤器，所述固液混合装置的混合出口与快速接头之间设置有第一压力表、第二电磁阀、增压泵、第二压力表、自动发冲洗过滤器、第三压力表，所述第一电磁阀与过滤器之间还连接有通往增压泵并设置有止逆阀的止逆管。

进一步地，所述液体下料系统包括液体原料储罐，所述液体原料储罐内设置有用于检测液体液位的液位传感器，液体原料储罐的输出端依次设置有第二流量计数器、第三电磁阀，所述第三电磁阀与增压泵相连接。

进一步地，所述电源系统包括柴油机，所述柴油机的输出端经传动带与发电机的输入端相连接，所述动态显示系统设置于货柜车的驾驶室内。

一种滴灌施肥方法，包括车载式变量配肥灌溉施肥系统，步骤如下：

1）直接将货柜车开到施肥点，将固液混合配料系统的液体入口处管道连接到水源处，将快速接头与设置于灌溉系统上的施肥阀连接；

2）将农户的ID识别卡插入ID识别系统中，获取农作物土壤信息，中控系统得知所需肥料种类、数量，并通过驱动机构驱动称重罐移动到所需肥料原料种类元素的粉剂仓下方，中控系统使对应的粉剂仓下方的星型卸料阀开启，粉剂原料进入称重罐中，称重模块感应并向中控系统反馈原料增加量，当粉剂原料增加量到所需原料量后关闭该星型卸料阀；当需其它原料种类元素时，也按第（2）步骤执行；

3）中控系统通过驱动机构驱动称重罐移动到固液混合装置上方，中空系统向蝶阀发送指令，碟阀打开，粉剂原料通过粉剂入口进入固液混合装置中，到达所需量之后，关闭碟阀；中控系统控制液体原料储罐内的液肥经第二流量计数器、第三电磁阀、增压泵、第二电磁阀及过滤器送入固液混合装置中与粉剂物料混合；中控系统控制第一电磁阀使水源的水通过液体入口进入固液混合装置中，通过控制加水控制肥料浓度，粉剂原料、水、液肥在固液混合装置中进行混合，完成肥料的配置；

4）设置中控系统，开启施肥模式，把该程序分为清水循管、肥液灌溉以及清水清管三个步骤，作业过程中，通过增压泵将配好的液体肥料抽至田间管网中；

5）进行轮换灌溉施肥。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该车载式变量配肥灌溉施肥系统通过货柜车上移动配置水肥灌溉装置，代替水肥首部固定模式，实现水肥灌溉首部枢纽的移动性，减少占地面积。变量配肥施肥可以让农作物得到其所需的元素，有助于农作物生长更快；首部枢纽移动化也就是肥料源头的移动化，避免了提前准备大量母液，现场配肥，减轻了车辆的载重，实现施肥源头共享，不需要每家每户都配备首部枢纽，减少了农民投资；能够代替果农繁琐沉重的施肥作业，节省肥料，施肥灌溉作业效率高，提高肥料利用率，节省施肥、灌水劳动力，灵活、方便、准确地控制施肥数量和时间，大幅度节肥、节水，有利于标准化栽培，促进果农增收。实现了多种粉剂物料固液混合；不用提前配制肥料，可以现场配制肥料，方便快捷。有针对性的施肥，实现精确施肥，可实现共享专业技术人员，减少人力资源成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制系统原理图；

图3为本发明的控制系统操控界面示意图；

图4为本发明的施肥作业控制流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图4

一种车载式变量配肥灌溉施肥系统，包括货柜车10，所述货柜车的车厢内设置有粉剂原料下料系统20，位于粉剂原料下料系统的下方设置有用于粉剂称重的移动式称重系统30，所述移动式称重系统的下方设置有固液混合配料系统，所述固液混合配料系统设置有用于与移动式称重系统相连接的粉剂入口42以及用于与水源相连接的液体入口43，固液混合配料系统的混合物出口上并联有液体下料系统，固液混合配料系统的混合物出口上44还设置有快速接头51，设置快速接头可与预设在滴灌系统主管施肥阀前后的快速接头对接。所述货柜车内还设置有分别与粉剂原料下料系统、移动式称重系统、固液混合配料系统及液体下料系统相连接的中控系统。

本实施例中，所述货柜车的车厢内还设置有用于为各个系统供电的电源系统，所述电源系统包括柴油机11，所述柴油机的输出端经传动带与发电机12的输入端相连接，所述中控系统上连接有动态显示系统及ID卡识别器，所述动态显示系统包括动态显示屏12，动态显示屏设置于货柜车的驾驶室内，传感器信号、仪器仪表信号、称重模块信号等通过中控系统将数值显示在显示屏上，以便监控。

本实施例中，变量配肥施肥的中控系统包括用户ID卡信息识别、变量配肥施肥信息、地理位置信息解算、传感器数据采集显示、仪器仪表信号分析、称重模块信号反馈、误差分析图数据加载、数据启动与停止等模块功能。用户ID卡信息识别是通过ID识别器，获取用户的田间信息，具体包括土地面积，地形地貌、种植物情况以及所需肥料种类、名称和元素含量配比等，并通过驱动机驱动称重罐移动到所需肥料原料种类元素的粉剂仓下方，控制星型卸料阀卸料，实现变量配肥。地理位置信息是通过GPS接收机提供的NEMA信息，解算出车辆当前的地点，确定灌溉施肥区域的位置信息。数据采集模块完成红外定位情况、超声波测距信息、称重质量、液体液位、肥料流量、压力指数等传感器及仪器仪表信息的采集。变量配肥施肥系统根据当前实际施肥量与目标施肥量之间的差值计算，动态生成误差分析图，用于分析系统变量配肥的精确度，其参数数据通过显示屏实时显示。中控系统的控制界面如图3所示。

本实施例中，所述粉剂原料下料系统包括设置于货柜车的车厢上部并沿横向间隔设置的4个粉剂仓21，所述粉剂仓的上部设置有进料口，粉剂仓的下部设置有下料口，所述下料口上设置有星型卸料阀22。

本实施例中，每个粉剂仓的顶部还设置有用于检测粉剂物料储量的超声波测距仪23，以便监控粉剂仓内的原料。

本实施例中，所述移动式称重系统包括横向设置于粉剂原料下料系统下方的齿轮导轨31，所述齿轮导轨上设置有由驱动机构驱动实现横向移动的称重罐32，以便承接粉剂仓下落的物料。所述齿轮导轨的两端分别设置有与车厢相连接的称重模块33，以便监测下落原料的增量。所述称重罐的下端设置有与固液混合配料系统相连接的出料口，以便将原料送入固液混合装置中。

本实施例中，所述驱动机构包括设置于称重罐上的步进电机34，所述步进电机的输出端连接有与齿轮导轨相配合的齿轮35，从而驱动称重罐移动。所述齿轮导轨的两侧部还分别设置有用于定位称重罐的红外装置36，从而用于称重罐监控定位。

本实施例中，所述固液混合配料系统包括固液混合装置41，所述粉剂入口42设置于固液混合装置的上部，所述粉剂入口上设置有与出料口相连接的管道，所述管道上设置有蝶阀37，以便控制管道通断。所述液体入口43设置于固液混合装置的下部并连接有进水管45，所述进水管上依次设置有第一电磁阀46、过滤器47及第一流量计数器，通过过滤器完成水的过滤，以便完成固液混合装的供水。

本实施例中，所述固液混合装置的混合出口44与快速接头之间设置有第一压力表47、第二电磁阀48、增压泵49、第二压力表50、自动发冲洗过滤器52、第三压力表53，所述第一电磁阀与过滤器之间还连接有通往增压泵并设置有止逆阀54的止逆管55。通过设置在自动反冲洗过滤器上的第二压力表和第三压力表可以看出管道是否堵住。

本实施例中，所述液体下料系统包括液体原料储罐61，所述液体原料储罐内设置有用于检测液体液位的液位传感器62，液体原料储罐的输出端依次设置有第二流量计数器63、第三电磁阀64，所述第三电磁阀与增压泵相连接。

本实施例中，超声波测距仪、星型卸料阀、红外装置、电磁阀、流量计数器、液位传感器、称重模块、压力表分别与中控系统连接，中控系统连接动态显示器。

该车载式变量配肥灌溉施肥系统不需要滴灌施肥时，将货柜车保管收藏。当需要施肥时，直接将货柜车开到施肥点，通过ID卡识别系统，现场配肥，然后进行施肥。

工作原理：通过红外装置将移动式称重罐的位置变化转化为电压信号变化，经信号处理后，实现称重罐的监控定位；并通过步进电机转速控制，与导轨齿轮相配合，从而驱动称重罐移动到所需的粉剂仓下方。称重模块将所承接粉剂仓下落物料的增加量反馈至中控系统，经由中控系统判断称重罐当前的粉剂物料是否满足用户ID卡信息需求，一旦满足需求，步进电机驱动称重罐控制星型卸料阀卸料，同时液体原料通过液位传感器监测，采用流量计数器定量供给至固液混合装置中，与粉剂物料充分混合，并根据浓度需求添加水，完成变量配肥，并实时通过程序控制实现片区轮换灌溉施肥和智能过滤。

一种滴灌施肥方法，包括车载式变量配肥灌溉施肥系统，步骤如下：

1）直接将货柜车开到施肥点，将固液混合配料系统的液体入口处管道连接到水源处，将快速接头与设置于灌溉系统上的施肥阀连接；

2）将农户的ID识别卡插入ID识别系统中，获取农作物土壤信息，中控系统得知所需肥料种类、数量信息，并通过驱动机构驱动称重罐移动到所需肥料原料种类元素的粉剂仓下方，中控系统内设置有用于控制星型卸料阀、碟阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一流量计数器等的PLC控制系统，中控系统向对应的粉剂仓下方的星型卸料阀发送指令，使该星型卸料阀开启，粉剂原料进入称重罐中，称重模块感应并向中控系统反馈原料增加量，中控系统判断其增加量是否满足所需原料要求，当粉剂原料增加量到所需原料量后，控制系统发送指令关闭该星型卸料阀，否则重复上述指令；

3）当需其它原料种类元素时，也按第（2）步骤执行，使称重罐移动到其它相应粉剂仓下方备肥；

4）中控系统通过驱动机构驱动称重罐移动到固液混合装置上方，中控系统向蝶阀发送指令，碟阀打开，粉剂原料通过粉剂入口进入固液混合装置中，到达所需量之后，关闭碟阀；中控系统向第三电磁阀、增压泵、第二电磁阀发送指令，第三电磁阀、第二电磁阀分别打开，增压泵开始工作，使液体原料储罐内的液肥经第二流量计数器、第三电磁阀、增压泵、第二电磁阀及过滤器送入固液混合装置中与粉剂物料混合；

5）中控系统向第一电磁阀发送指令，第一电磁阀打开，水源的水通过液体入口进入固液混合装置中，以便通过加水控制浓度，水量到达所需量之后，第一流量计数器向中控系统反馈，PLC控制系统向第一电磁阀发送指令，关闭第一电磁阀，此时，粉剂原料、水及液肥在固液混合装置中进行混合，得到所需肥料；

6）设置中控系统，开启施肥模式，把该程序分为清水循管、肥液灌溉以及清水清管三个步骤，作业过程中，通过增压泵将配好的液体肥料抽至田间管网中；

7）开车至下一地点，按片区进行轮换灌溉施肥。

具体实施例，

将车载式变量配肥灌溉施肥系统安装在试验田中，并对施肥装置进行施肥均匀性试验，施肥总面积8666.7m²，试验时将施肥区域分为13个46.3 mx14.4 m的小施肥区，在长度方向上每隔14.4 m （8倍幅宽）树立一个标记杆，每个小施肥区每次施肥时可进行4次往复施肥作业。

施肥试验时，取粉剂仓1预置施肥量分别为20kg/hm²、40kg/hm²、60kg/hm²、80kg/hm²，液态仓预置施肥量分别为40L/hm²、60L/hm²、80L/hm²、100L/hm²。车载式变量配肥灌溉施肥机在施肥小区域往复施肥4次进行1次当前施肥区施肥量的计算，施肥统计结果如下表1所示，并按下列公式进行施肥量偏差计算且取出同一片试验田中的最大误差。

式中：r_s为施肥量偏差，%；W_q为试验前肥箱内化肥质量，kg（L）；W_h为试验后肥箱内剩余的化肥质量，kg（L）；S为施肥作业面积，m²； F为预置施肥量，kg/hm²（L/hm²）。

施肥结构统计：从表1可以看到，施肥装置施肥量总体比较稳定，当粉剂仓1预置施肥量为20kg/hm²时，施肥量偏差控制在5.5%以内，当液态仓预置施肥量为40L/hm²时，施肥量偏差控制在4.75%以内。

表1

灌溉施肥性能测试：将车载式变量配肥灌溉施肥系统安装在试验田中，进行为期7个月的实际应用试验。试验过程中，控制装置按照下表2电磁阀启闭状态表的开关操作，每天1次、每次20 min的频率进行定时滴灌；每6d一次、每次2h20min的频率进行定时水肥灌溉，此外，还不定期地多次在非定时的时间段手动进行滴灌或水肥灌溉。

试验结果表明，车载式变量配肥灌溉施肥系统在7个多月的试验期间运行可靠稳定、未出现故障，各电磁阀开关可靠地进行了上百次的开关，装置能够按照需求，准确的移动货柜车到所需要的水肥灌溉地点，并实现变量施肥。

表2

田间作业试验表明，施肥装置能稳定完成施肥作业，当粉剂仓1预置施肥量为20kg/hm²时，目标施肥量与实际施肥量相对误差控制在5.5%以内，当液态仓预置施肥量为40L/hm²时，目标施肥量与实际施肥量相对误差控制在4.75%以内，并且各电磁阀开关稳定有效，施肥作业精度达到了设计目标。该系统具有可靠性和可行性，对于推进节水灌溉施肥控制技术的发展具有实际意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的车载式变量配肥灌溉施肥系统及滴灌施肥方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种车载式变量配肥灌溉施肥系统，包括货柜车，其特征在于，所述货柜车的车厢内设置有粉剂原料下料系统，位于粉剂原料下料系统的下方设置有用于粉剂称重的移动式称重系统，所述移动式称重系统的下方设置有固液混合配料系统，所述固液混合配料系统设置有用于与移动式称重系统相连接的粉剂入口以及用于与水源相连接的液体入口，固液混合配料系统的混合物出口上并联有液体下料系统，固液混合配料系统的混合物出口上还设置有快速接头，所述货柜车内还设置有分别与粉剂原料下料系统、移动式称重系统、固液混合配料系统及液体下料系统相连接的中控系统，所述中控系统上连接有动态显示系统及ID卡识别系统。

2.根据权利要求1所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述粉剂原料下料系统包括设置于货柜车的车厢上部并沿横向间隔设置的4个粉剂仓，所述粉剂仓的上部设置有进料口，粉剂仓的下部设置有下料口，所述下料口上设置有星型卸料阀。

3.根据权利要求2所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述粉剂仓的顶部还设置有用于检测粉剂物料储量的超声波测距仪。

4.根据权利要求2或3所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述移动式称重系统包括横向设置于粉剂原料下料系统下方的齿轮导轨，所述齿轮导轨上设置有由驱动机构驱动实现横向移动的称重罐，齿轮导轨的两端分别设置有与车厢相连接的称重模块，所述称重罐的下端设置有与固液混合配料系统相连接的出料口。

5.根据权利要求4所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述驱动机构包括设置于称重罐上的步进电机，所述步进电机的输出端连接有与齿轮导轨相配合的齿轮，所述齿轮导轨的两侧部还分别设置有用于定位称重罐的红外装置。

6.根据权利要求4所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述固液混合配料系统包括固液混合装置，所述粉剂入口设置于固液混合装置的上部，所述粉剂入口上设置有与移动式称重系统相连接的管道，所述管道上设置有蝶阀，所述液体入口设置于固液混合装置的下部并连接有进水管，所述进水管上依次设置有第一流量计数器、第一电磁阀及过滤器，所述固液混合装置的混合出口与快速接头之间设置有第一压力表、第二电磁阀、增压泵、第二压力表、自动发冲洗过滤器、第三压力表，所述第一电磁阀与过滤器之间还连接有通往增压泵并设置有止逆阀的止逆管。

7.根据权利要求6所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述液体下料系统包括液体原料储罐，所述液体原料储罐内设置有用于检测液体液位的液位传感器，液体原料储罐的输出端依次设置有第二流量计数器、第三电磁阀，所述第三电磁阀与增压泵相连接。

8.根据权利要求1所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述货柜车的车厢内还设置有用于为各个系统供电的电源系统，所述电源系统包括柴油机，所述柴油机的输出端经传动带与发电机的输入端相连接。

9.根据权利要求1或8所述的车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，所述动态显示系统设置于货柜车的驾驶室内，所述ID卡识别系统包括ID卡识别器。

10.一种滴灌施肥方法，包括如权利要求6所述车载式变量配肥灌溉施肥系统，其特征在于，步骤如下：

1）直接将货柜车开到施肥点，将固液混合配料系统的液体入口处管道连接到水源处，将快速接头与设置于灌溉系统上的施肥阀连接；

2）将农户的ID识别卡插入ID识别系统中，获取农作物土壤信息，中控系统得知所需肥料种类、数量，并通过驱动机构驱动称重罐移动到所需肥料原料种类元素的粉剂仓下方，中控系统使对应的粉剂仓下方的星型卸料阀开启，粉剂原料进入称重罐中，称重模块感应并向中控系统反馈原料增加量，当粉剂原料增加量到所需原料量后关闭该星型卸料阀；当需其它原料种类元素时，也按第（2）步骤执行；

3）中控系统通过驱动机构驱动称重罐移动到固液混合装置上方，中空系统向蝶阀发送指令，碟阀打开，粉剂原料通过粉剂入口进入固液混合装置中，到达所需量之后，关闭碟阀；中控系统控制液体原料储罐内的液肥经第二流量计数器、第三电磁阀、增压泵、第二电磁阀及过滤器送入固液混合装置中与粉剂物料混合；中控系统控制第一电磁阀使水源的水通过液体入口进入固液混合装置中，通过控制加水控制肥料浓度，粉剂原料、水、液肥在固液混合装置中进行混合，完成肥料的配置；

4）设置中控系统，开启施肥模式，把该程序分为清水循管、肥液灌溉以及清水清管三个步骤，作业过程中，通过增压泵将配好的液体肥料抽至田间管网中；

5）进行轮换灌溉施肥。